三維地震觀測系統(tǒng)在山西呂梁山脈測區(qū)的設(shè)計(jì)

馮偉

摘 要：隨著三維地震勘探技術(shù)在煤田的深入應(yīng)用，為大型礦井建設(shè)，綜采工作面的布局、巷道布置與開拓提供了精確細(xì)致的地質(zhì)構(gòu)造信息，以其高分辨率、高精度的優(yōu)勢查明采區(qū)細(xì)微地質(zhì)構(gòu)造。在呂梁山脈測區(qū)，地形復(fù)雜，數(shù)據(jù)采集難度大，為了獲取優(yōu)質(zhì)的地震數(shù)據(jù)資料，需要綜合考慮地質(zhì)任務(wù)地形地貌以及設(shè)備儀器等各項(xiàng)因素，靈活合理地設(shè)計(jì)三維觀測系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：三維地震 呂梁山脈 觀測系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：P63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）07（c）-0005-03

觀測系統(tǒng)是指面積測量時(shí)，檢波線布設(shè)與炮線布設(shè)的方案。在設(shè)計(jì)觀測系統(tǒng)時(shí)，要注意在一個(gè)炮點(diǎn)道集內(nèi)均勻分布的地震道，炮檢距從小到大均勻分布，能夠保證同時(shí)接受淺、中、深各個(gè)目的層信息。三維地震觀測系統(tǒng)是多方位的，為了準(zhǔn)確獲取各方位信息，使后續(xù)解釋結(jié)果更接近地下真實(shí)地質(zhì)構(gòu)造情況，要使各炮檢連線均勻地分布在共中心點(diǎn)360°的方位上，并保證足夠的覆蓋次數(shù)且在全測區(qū)內(nèi)均勻分布，保持地震記錄特征穩(wěn)定，使得地震記錄特征的變化僅與地質(zhì)變化的因素相聯(lián)系。三維地震觀測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要考慮地層傾角、最大炮檢距、道距干擾波類型、目的層的深度等各種因素。該文主要通過設(shè)計(jì)觀測系統(tǒng)的基本原則，野外采集參數(shù)的分析，結(jié)合該測區(qū)的實(shí)際地質(zhì)情況，靈活的設(shè)計(jì)出最優(yōu)的觀測系統(tǒng)，取得了良好的效果。

1 地質(zhì)任務(wù)

（1）查明勘探區(qū)內(nèi)2#煤層中落差≥5 m的斷層性質(zhì)、產(chǎn)狀及延伸長度，其平面擺動(dòng)誤差應(yīng)控制在≤20 m。解釋出落差≥3 m的斷點(diǎn)。

（2）查明勘探區(qū)內(nèi)2#煤層中直徑≥20 m的陷落柱。

（3）查明勘探區(qū)內(nèi)2#煤層埋深及起伏形態(tài)，編制出基本等高距為2 m的煤層底板等高線圖，深度誤差≤2.0%。

（4）查明勘探區(qū)內(nèi)2#煤層波幅≥10 m的褶曲。

2 采區(qū)自然地理環(huán)境

測區(qū)屬中、高山區(qū)，地形切割強(qiáng)烈，溝谷發(fā)育，坡陡溝深。最高點(diǎn)位于西北山梁，海拔1 765 m左右；最低點(diǎn)為南部河流河床，海拔1 138左右，地形最大相對(duì)高差大于600 m。總的地勢為西北高東南低，大多溝谷呈近南北向布屬，溝谷間有黃土梁峁相隔，地形比較復(fù)雜。地表大部為黃土覆蓋，灌木叢生，植被發(fā)育，溝谷中有少量基巖裸露、坡積物大量堆積，有民房、高壓線等障礙物。對(duì)地震波的成孔激發(fā)、接收和連續(xù)觀測十分不利（見圖1）。

3 測區(qū)三維地震觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)前實(shí)驗(yàn)工作

測區(qū)三維地震勘探是以查清細(xì)微地質(zhì)構(gòu)造為目標(biāo)，為取得最佳激發(fā)、接受參數(shù)，設(shè)計(jì)出合理的觀測系統(tǒng)，根據(jù)測區(qū)實(shí)際情況，設(shè)備采用法國Sercel公司生產(chǎn)的428XL數(shù)字地震儀器和國產(chǎn)頻率60 Hz檢波器。

3.1 點(diǎn)實(shí)驗(yàn)

以試驗(yàn)點(diǎn)為中心，沿線束方向布設(shè)96道60Hz檢波器，道距10 m，在試驗(yàn)點(diǎn)上打孔激發(fā)。根據(jù)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，檢波器采用60 Hz個(gè)檢波器2串聯(lián)2并聯(lián)的方式，巖石出露地段井深3～4 m，藥量1～1.5 kg；黃土覆蓋更厚地段采取小折射低速帶方法確定激發(fā)井深，黃土覆蓋地段井深8～10 m，藥量2.5～3.0 kg。

3.2 段實(shí)驗(yàn)

利用點(diǎn)試驗(yàn)所選擇的最佳參數(shù)再進(jìn)行段試驗(yàn)，用以驗(yàn)證點(diǎn)試驗(yàn)的結(jié)果。段試驗(yàn)線測長1 000 m，10 m為單位編號(hào)，道間距10 m。采用96道、60 Hz檢波器中間激發(fā)接收。排列用1-96道，每放一炮排列向前滾動(dòng)2道，即炮距20 m。

根據(jù)段實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，抽取不同道集疊加出不同觀測方法的時(shí)間剖面，進(jìn)行分析對(duì)比，篩選出最佳參數(shù)及觀測方案。下面是20、24次覆蓋次數(shù)初疊時(shí)間剖面圖（見圖2）。

根據(jù)20、24次覆蓋初疊時(shí)間剖面對(duì)比圖（見圖2），20次覆蓋和24次覆蓋品質(zhì)均良好，目的層反射波深淺層次分明，信噪比較高，形態(tài)真實(shí)、構(gòu)造現(xiàn)象明顯，真實(shí)的反應(yīng)了目的層的變化規(guī)律，都能保證地質(zhì)任務(wù)的完成。本著高效、節(jié)約的原則，正常生產(chǎn)時(shí)采用20次覆蓋。

4 三維地震觀測系統(tǒng)類型和參數(shù)選擇

三維地震觀測系統(tǒng)類型很多，該次勘測采用施工中最常用的地震線束觀測系統(tǒng)，采用8線8炮，中間激發(fā)。

4.1 道間距選擇

（1）時(shí)間采樣間隔：考慮測區(qū)地質(zhì)任務(wù)，為提高垂向分辨率，利于小斷層的分辨，根據(jù)采樣定理：

Δt≤1/（2fmax） （1）

該測區(qū)采用0.5 ms采樣率。

（2）空間采樣間：空間采樣間隔Δx要求小于或等于視波長的一半，根據(jù)該測區(qū)地質(zhì)任務(wù)及以往地質(zhì)工作資料，該測區(qū)道距Δx=10 m。

4.2 檢波點(diǎn)線距的選擇

檢波點(diǎn)線距的選擇原則和道距選擇原則一樣，在地層傾角、走向、傾向清楚時(shí)，檢波點(diǎn)線選擇沿傾向方向排列，一般取道距的整數(shù)倍，具體還與地下數(shù)據(jù)點(diǎn)網(wǎng)格精度、勘探精度有關(guān)。根據(jù)本測區(qū)的實(shí)際情況，檢波點(diǎn)線距Δy=40 m。

4.3 覆蓋次數(shù)

覆蓋次數(shù)N是由縱向覆蓋次數(shù)Nx和橫向覆蓋次數(shù)Ny乘積決定的。即

N=Nx×Ny （2）

（1）縱向覆蓋次數(shù)Nx的確定。根據(jù)計(jì)算方法：

Nx=M/（2K） （3）

每條測線接受道數(shù)M=100，滾動(dòng)道數(shù)K=10，計(jì)算得到Nx=5。

（2）橫向覆蓋次數(shù)Ny的確定。根據(jù)上述段實(shí)驗(yàn)選定的覆蓋次數(shù)以及縱向分辨率Nx的確定，可以由（2）式計(jì)算出橫向覆蓋次數(shù)Ny=4。

4.4 炮點(diǎn)網(wǎng)格密度

炮點(diǎn)網(wǎng)格密度依賴于縱、橫向疊加次數(shù)（Nx，Ny）及排列道數(shù)（Mx，My）。縱向炮間距移動(dòng)道數(shù)一般按下式計(jì)算，即

Δxs= Mx S/（2 Nx） （4）

式中，S為系數(shù)，單邊激發(fā)S=1；雙邊激發(fā)S=2。經(jīng)計(jì)算Δxs=10，即炮間距為10 m×10 m=100 m。

而橫向炮間距一般根據(jù)觀測系統(tǒng)及CDP網(wǎng)格確定，該測區(qū)橫向炮間距為20 m，因此該測區(qū)炮點(diǎn)網(wǎng)格密度為100 m×20 m。

4.5 炮檢距選擇

炮檢距的選擇首先要考慮共面元道集內(nèi)炮檢距分布均勻與否，同時(shí)要考慮求取速度的精度和能量衰減問題。該測區(qū)橫向最小炮間距為10 m，縱向最小炮間距為5 m。

4.6 設(shè)計(jì)觀測系統(tǒng)

根據(jù)全區(qū)目的層埋深以及地形地貌采用兩種觀測系統(tǒng)，均為規(guī)則束狀8線8炮，中間激發(fā)。測區(qū)北部接收道數(shù)為100×8=800道，單炮記錄用（50+50）×8方式接收；測區(qū)南部接收道數(shù)為80×8=640道，單炮記錄用（40+40）×8方式接收（見圖3、4）。

4.7 特殊觀測系統(tǒng)

測區(qū)內(nèi)北部的墳地、南北方向涉及8排炮點(diǎn)，給正常施工帶來極大的困難。經(jīng)過項(xiàng)目組技術(shù)人員的認(rèn)真分析和精確演算，采取了特殊觀測系統(tǒng)進(jìn)行施工。具體方法為：采取在村內(nèi)布設(shè)檢波線，在村邊四周放炮激發(fā)的特殊地震勘探方式，基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求的CDP覆蓋次數(shù)并較好地獲取了目的層有效地震波，較圓滿的完成了特殊地段的的地震數(shù)據(jù)采集工作。

5 結(jié)語

該測區(qū)通過選擇合適的觀測系統(tǒng)采集，取得了很好的成果。目的層反射波齊全，構(gòu)造現(xiàn)象明顯，資料真實(shí)的反映了地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征，圓滿的完成了測區(qū)三維地震勘探地質(zhì)任務(wù)。因此在三維地震勘探觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，尤其遇到復(fù)雜地形地貌，目的層埋深差別較大的情況，要綜合地質(zhì)任務(wù)及地形地質(zhì)條件，合理靈活地設(shè)計(jì)最優(yōu)化的觀測系統(tǒng)，為后續(xù)資料處理以及解釋提供準(zhǔn)確、精細(xì)的數(shù)據(jù)信息。

參考文獻(xiàn)

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